Java设计模式——单例模式
1. 单例模式
1.1 单例模式的介绍
所谓类的单例设计模式，就是采取一定的方法保证在整个的软件系统中，对某个类只能存在一个对象实例，并且该类只提供一个取得其对象实例的方法(静态方法)。
比如Hibernate的SessionFactory，它充当数据存储源的代理，并负责创建Session对象。SessionFactory并不是轻量级的，一般情况下，一个项目通常只需要一个SessionFactory就够，这时就会使用到单例模式。
单例模式有八种方式:
- 饿汉式(静态常量)
- 饿汉式(静态代码块)
- 懒汉式(线程不安全)
- 懒汉式(线程安全，同步方法)
- 懒汉式(线程安全，同步代码块)
- 双重检查
- 静态内部类
- 枚举
1.2 饿汉式应用实例
1.2.1饿汉式（静态常量）
步骤如下:
- 构造器私有化 (防止 new )
- 类的内部创建对象
- 向外暴露一个静态的公共方法（getInstance）
- 代码实现
package com.design.demo.singleton; // 饿汉式（静态常量） public class SingletonTest01 { //饿汉式（静态变量） static class Singleton { //构造器私有化，外部无法new private Singleton() { } ; //本类内部创建对象实例 private static final Singleton singleton = new Singleton(); //获取本类内部对象实例 public static Singleton getInstance() { return singleton; } } public static void main(String[] args) { // 获取对象实例 Singleton singleton1 = Singleton.getInstance(); Singleton singleton2 = Singleton.getInstance(); //两次调用返回的是同一个实例 System.out.println(singleton1 == singleton2); } }
输出结果：
true
优缺点说明:
- 优点:这种写法比较简单，就是在类装载的时候就完成实例化。避免了线程同步问题。
- 缺点: 在类装载的时候就完成实例化，没有达到Lazy Loading的效果。如果从始至终从未使用过这个实例，则会造成内存的浪费。
- 这种方式基于classloder机制避免了多线程的同步问题，不过instance在类装载时就实例化，在单例模式中大多数都是调用getInstance方法，但是导致类装载的原因有很多种，因此不能确定有其他的方式(或者其他的静态方法)导致类装载，这时候初始化instance就没有达到lazy loading的效果
结论：这种单例模式可用，可能造成内存浪费
1.2.2 饿汉式（静态代码块）
package com.design.demo.singleton; // 饿汉式（静态代码块） public class SingletonTest02 { static class Singleton { //构造器私有化，外部无法new private Singleton() { } ; //本类内部创建对象实例 private static final Singleton singleton; //在静态代码块中，创建单例对象 static { singleton = new Singleton(); } //获取本类内部对象实例 public static Singleton getInstance() { return singleton; } } public static void main(String[] args) { // 获取对象实例 Singleton singleton1 = Singleton.getInstance(); Singleton singleton2 = Singleton.getInstance(); //两次调用返回的是同一个实例 System.out.println(singleton1 == singleton2); } }
这种方式和上面的方式其实类似，只不过将类实例化的过程放在了静态代码块中，也是在类装载的时候，就执行静态代码块中的代码，初始化类的实例。优缺点和上面是一样的。
1.3. 懒汉式应用实例
1.3.1 懒汉式（线程不安全，不推荐使用)
// 懒汉式（线程不安全） public class SingletonTest03 { static class Singleton { //构造器私有化，外部无法new private Singleton() { } ; private static Singleton singleton; //提供一个静态的公有方法，当使用到该方法时，才去创建instance //即懒汉式 public static Singleton getInstance() { if (singleton==null){ singleton = new Singleton(); } return singleton; } } public static void main(String[] args) { // 获取对象实例 Singleton singleton1 = Singleton.getInstance(); Singleton singleton2 = Singleton.getInstance(); //两次调用返回的是同一个实例 System.out.println(singleton1 == singleton2); } }
优缺点说明:
- 起到了Lazy Loading的效果，但是只能在单线程下使用。
- 如果在多线程下，一个线程进入了if (singleton == null)判断语句块，还未来得及往下执行，另一个线程也通过了这个判断语句，这时便会产生多个实例。所以在多线程环境下不可使用这种方式。
结论：在实际开发中，不要使用这种方式。
1.3.2 懒汉式（线程安全，同步方法，也不推荐)
// 懒汉式（线程安全，同步方法） public class SingletonTest04 { static class Singleton { //构造器私有化，外部无法new private Singleton() { } ; private static Singleton singleton; //提供一个静态的公有方法，加入同步处理的代码，解决线程安全问题 //即懒汉式 public static synchronized Singleton getInstance() { if (singleton==null){ singleton = new Singleton(); } return singleton; } } public static void main(String[] args) { // 获取对象实例 Singleton singleton1 = Singleton.getInstance(); Singleton singleton2 = Singleton.getInstance(); //两次调用返回的是同一个实例 System.out.println(singleton1 == singleton2); } }
优缺点说明:
- 解决了线程不安全问题
- 效率太低了，每个线程在想获得类的实例时候，执行getInstance()方法都要进行同步。而其实这个方法只执行一次实例化代码就够了，后面的想获得该类实例，直接return就行了。方法进行同步效率太低
结论：在实际开发中，不推荐使用这种方式
1.3.3 双重检查（推荐使用）
// 双重检查 public class SingletonTest05 { static class Singleton { //构造器私有化，外部无法new private Singleton() { } ; private static Singleton singleton; //提供一个静态的公有方法，加入双重检查代码,解决线程安全问题，同时解决懒加载问题 public static Singleton getInstance() { if (singleton == null) { synchronized (Singleton.class) { //第二次检查，避免有两个线程new两个对象 if (singleton == null) { singleton = new Singleton(); } } } return singleton; } } public static void main(String[] args) { // 获取对象实例 Singleton singleton1 = Singleton.getInstance(); Singleton singleton2 = Singleton.getInstance(); //两次调用返回的是同一个实例 System.out.println(singleton1 == singleton2); } }
优缺点说明:
- Double Check概念是多线程开发中常使用到的，如代码中所示，我们进行了两次if (singleton == nul)检查，这样就可以保证线程安全了。
- 这样，实例化代码只用执行一一次，后面再次访问时，判断if (singleton == null),直接return实例化对象，也避免的反复进行方法同步.
- 线程安全，延迟加载，效率较高
结论：在实际开发中，推荐使用这种单例设计模式
1.4 静态内部类（推荐使用）
// 静态内部类 public class SingletonTest06 { static class Singleton { //构造器私有化，外部无法new private Singleton() { } //声明一个静态内部类SingletonInstance（在Singleton被加载时，不会加载静态内部类SingletonInstance） private static class SingletonInstance { private static final Singleton INSTANCE = new Singleton(); } //提供一个静态的公有方法 public static Singleton getInstance() { //导致静态内部类被装载，只会装载一次，装载时线程安全 return SingletonInstance.INSTANCE; } } public static void main(String[] args) { // 获取对象实例 Singleton singleton1 = Singleton.getInstance(); Singleton singleton2 = Singleton.getInstance(); //两次调用返回的是同一个实例 System.out.println(singleton1 == singleton2); } }
优缺点说明:
- 这种方式采用了类装载的机制来保证初始化实例时只有一个线程。
- 静态内部类方式在Singleton类被装载时并不会立即实例化，而是在需要实例化时，调用getInstance方法， 才会装载SingletonInstance类，从而完成Singleton的实例化。
- 类的静态属性只会在第一次加载类的时候初始化，所以在这里，JVM帮助我们保证了线程的安全性，在类进行初始化时，别的线程是无法进入的。
- 优点:避免了线程不安全，利用静态内部类特点实现延迟加载，效率高
结论：推荐使用
1.5 枚举（推荐使用）
//使用枚举实现单例 public class SingletonTest07 { //使用枚举实现单例 enum Singleton{ INSTANCE; //属性 public void hello(){ System.out.println("hello"); } } public static void main(String[] args) { // 获取对象实例 Singleton singleton1 = Singleton.INSTANCE; Singleton singleton2 = Singleton.INSTANCE; singleton1.hello(); System.out.println(singleton1.hashCode()); System.out.println(singleton2.hashCode()); //两次调用返回的是同一个实例 System.out.println(singleton1 == singleton2); } }
优缺点说明:
- 这借助JDK1.5中添加的枚举来实现单例模式。不仅能避免多线程同步问题，而且还能防止反序列化重新创建新的对象。
- 这种方式是Effective Java作者Josh Bloch提倡的方式
结论：推荐使用
